專利名稱：閉合循環(huán)氣體脫水方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從水、烴和鹵化烴的混合物中分離水的裝置和方法。本發(fā)明特別提供一種氣體脫水的方法和裝置。
為了從化學(xué)工業(yè)廢料中的烴和/或鹵化烴污染物或從氣態(tài)烴中分離水，通常需要一分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)能較長(zhǎng)期地處于烴的氛圍中而不致產(chǎn)生化學(xué)變性和發(fā)穢臭。申請(qǐng)人1988年5月17日遞交的已審定共同待批專利194，984號(hào)公開了一種含水烴濕氣流的干燥方法，該方法采用一種中空纖維薄膜來產(chǎn)生無烴的滲透水。該方法使用一種薄膜，它是一種無孔自支承中空纖維薄膜組件，該薄膜由亞銅銨纖維素中空纖維組成。一含水的烴氣流被導(dǎo)入，與纖維的外面接觸，水從氣流中被滲透吸收入纖維，而不受氣流的對(duì)流壓力的制約，同時(shí)防止烴和/或鹵化烴的吸收或滲透。無烴和/或鹵化烴的水?dāng)U散入纖維的芯孔。被吸收的無烴和/或鹵化烴的水從芯孔的內(nèi)部除去，干燥氣體則從薄膜的外部取出。該裝置可以在過程中使水從氣流中被滲透吸收入纖維而不受氣流對(duì)流壓力的制約，同時(shí)防止烴的吸收滲透，將無烴的水?dāng)U散入纖維芯孔。
上面提到的過程可以利用一干燥的吹掃空氣流掃過中空纖維的芯孔，通過該氣流帶走出現(xiàn)在薄膜纖維內(nèi)表面或壁上的水分子。出現(xiàn)在纖維內(nèi)壁上的水連續(xù)地被吹掃氣流帶走。所以，薄膜是擴(kuò)散器，基本上包括無支承和無孔的亞銅銨纖維素，可以連續(xù)地、不中斷地工作。吹掃氣流提供了除去水的裝置，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)擴(kuò)散，基本上干燥了留存的氣體。作為一種除水裝置，吹掃氣流與超薄亞銅銨纖維素薄膜和無阻無孔薄膜表面相結(jié)合，與已有技術(shù)相比，大大改進(jìn)了動(dòng)態(tài)分離技術(shù)。
人們希望進(jìn)一步提高上述系統(tǒng)的效率，降低它的工藝成本。上述系統(tǒng)的費(fèi)用支出之一就是要用到來自干燥空氣源的連續(xù)的干燥空氣以提供一吹掃氣流。本發(fā)明的目的就是要提供一種裝置，它可以提高用于干燥濕氣流的發(fā)明設(shè)備的收率，降低它的操作成本，且完全不會(huì)降低設(shè)備的產(chǎn)量或能力。
本發(fā)明提供了一種用于干燥含水烴氣流的設(shè)備，該設(shè)備包括中空纖維分離裝置，該裝置可以從流經(jīng)中空纖維分離器一側(cè)的含水氣流中滲透地吸收水份，形成一干燥的留存氣流，并將滲透水?dāng)U散到第二側(cè)，同時(shí)，該裝置不會(huì)造成烴或鹵化烴的吸收和擴(kuò)散。第一排出裝置形成一吹掃氣流，從中空纖維分離裝置的第二側(cè)將滲透水吹走。第二排出裝置將干燥的烴和鹵化烴留存氣流排出。第二排出裝置包括與第一排出裝置相連通的再循環(huán)裝置，以在閉合氣流回路中將留存氣流的一部分作為吹掃氣流進(jìn)行再循環(huán)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種干燥含水氣流的方法，該方法包括這樣的步驟將從流經(jīng)至少一中空纖維薄膜的一邊的含水氣流中的水份滲透吸收，形成一干燥的留存氣流，并將滲透水?dāng)U散到中空纖維薄膜的第二側(cè)，與此同時(shí)防止烴和鹵化烴的吸收和擴(kuò)散;形成一吹掃氣流，從中空纖維薄膜的第二側(cè)將滲透水吹走;將包含烴和鹵化烴的干燥的留存氣流從中排出;留存的干燥氣流的一部分被作為吹掃氣流在閉合氣流回路中進(jìn)行再循環(huán)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。當(dāng)對(duì)本發(fā)明有更好的理解后，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)可以很容易地看出。附圖中

圖1 為按本發(fā)明構(gòu)造的流體回路流程圖;
圖2 為按本發(fā)明的一逐步剖開的中空纖維分離組件的局部透視圖;
圖3 為按本發(fā)明的一中空纖維的局部過程透視圖，圖示了中空纖維分離構(gòu)造的流體分離過程。
一按照本發(fā)明的設(shè)備如圖1中的10所示。該設(shè)備10將來自圖示中12中濕氣流源的含水烴氣流加以干燥。濕氣流源可以是來自工業(yè)的氣流，其中的水蒸汽通常視為不希望的雜質(zhì)。水蒸汽需要事先除去或在使用時(shí)或在加工處理濕氣流時(shí)除去。例如天然氣。天然氣的主要成分是甲烷，在其自然狀態(tài)下含有一定量的夾帶的水。在許多工業(yè)工藝過程中，這些氣體都需要或必須加以干燥。濕氣流也可以是在第二站14處處理的濕氣流。在站14處回收的氣體可以通過圖示為16的泵機(jī)構(gòu)經(jīng)過導(dǎo)管18泵入導(dǎo)管20。導(dǎo)管20連通在濕氣流源12和流體分離組件22之間，如圖所示。
圖1 中的箭頭所指為流體在管道中的流動(dòng)方向。
分離組件22包括一殼體24。殼體24通常具有圓筒形。殼體24的兩端具有蓋子26、28。每個(gè)蓋子分別包括一出入口30、32。
與殼體22的兩端相鄰且延伸進(jìn)入殼體22內(nèi)部與殼體22內(nèi)部相通的是出入口34、36。
在殼體22中作軸向延伸且形成一圖中以編號(hào)38表示的薄膜的是一束中空的親水纖維40。纖維40由再生的亞銅銨纖維素形成，最好內(nèi)部(芯孔)直徑約為200微米(±10%)。再生纖維素是指所使用的纖維素為亞銅銨再生纖維素或粘性纖維素。亞銅銨再生纖維基本上是自然狀態(tài)的、非化學(xué)衍生纖維素。亞銅銨再生纖維素是纖維素分子的化學(xué)薄層。在各薄層之間有重氫鏈合，構(gòu)成一高結(jié)晶結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)相當(dāng)親水，且提供一水的通道使水及溶在水中的物質(zhì)擴(kuò)散。亞銅銨再生纖維素提供了一種薄膜，它比由化學(xué)衍生纖維素材料諸如醋酸纖維素制成的薄膜薄得多。此外，該薄膜是無孔的而醋酸纖維有孔。通過亞銅銨纖維素薄膜擴(kuò)散的物質(zhì)其運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)小于通過醋酸纖維素薄膜擴(kuò)散的物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)距離。所以，亞銅銨纖維素薄膜對(duì)流體動(dòng)力學(xué)具有相當(dāng)?shù)恼?yīng)，它提供的是較小的然而更有效的障礙，只有擴(kuò)散的水和溶于水的可溶物質(zhì)得以通過。薄膜不會(huì)腐臭，而能提供一意想不到的能力來連續(xù)地從水-烴和/或水-鹵化烴的混合物中分離水且不會(huì)發(fā)臭。該薄膜在美國同一申請(qǐng)人的共同待批專利194，984中有詳細(xì)討論。
制造適合本發(fā)明使用的中空纖維薄膜的技術(shù)記載在1981年9月8日公開的克里斯托夫·H·波特和約翰泰勒的美國專利4，288，494和1982年6月8日公開的波特和泰勒的美國專利4，333，906中。本技術(shù)領(lǐng)域中的其它類似技術(shù)也可以使用。
如果需要，可以在薄膜束40和外層殼體24之間放入網(wǎng)屏42，以穩(wěn)定薄膜40且從結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)它，但單根的一根根纖維不必再從外部加以支持。
組件22提供兩個(gè)不同的流體通道。從入口36進(jìn)入的流體在殼體22中作軸向流動(dòng)，與纖維40的外表面接觸，然后軸向地通過外殼22流向出口34，它就提供了一種裝置，它將來自濕氣流源12的流體從入口36導(dǎo)入組件22然后從出口34導(dǎo)出。
每根纖維包括一由每一薄膜40的內(nèi)表面46形成的內(nèi)部芯孔44。每一薄膜40的芯孔44連通入口32和出口30。
中空纖維薄膜40的功能如圖3所示。每一中空纖維40提供一中空纖維分離裝置，從在中空纖維40的一側(cè)流經(jīng)薄膜40的外表面48的含水氣流中滲透吸收水份，形成一干燥的留存氣流。如箭頭50所示，薄膜40有效和高效地從含水氣流中吸收水份形成一干燥的留存氣流。如圖3所示的滲透水?dāng)U散進(jìn)入薄膜40的內(nèi)表面46，同時(shí)薄膜40阻止烴和鹵化烴的吸收和擴(kuò)散。殼體24具有一內(nèi)表面52，它在內(nèi)表面52和薄膜的外表面50之間形成組件的內(nèi)腔。
一空氣源54通過導(dǎo)管56提供干燥空氣。閥58允許干燥的吹掃氣流(空氣)通過導(dǎo)管60，導(dǎo)管60與吹掃氣流入口32相通。吹掃氣流提供了一第一排出裝置，以除去中空纖維40的內(nèi)表面46中的滲透水。含有濕氣體的吹掃氣流通過出口30排出組件23。然后通過導(dǎo)管62被導(dǎo)入回收倉64。回收倉64與源14連通以使?jié)駳饬鞣祷氐较到y(tǒng)10中。導(dǎo)管機(jī)構(gòu)66如圖1所示連通倉64和源14。
干燥的烴和鹵化烴留存氣流通過與導(dǎo)管68相通的出口34被排出組件22。導(dǎo)管68可以與管道70相通，管通70將干燥氣流導(dǎo)出系統(tǒng)10。泵16或附加的其他泵機(jī)構(gòu)提供了一第二排出裝置，該裝置將干燥氣流導(dǎo)出組件22。泵可以設(shè)置在導(dǎo)管68的上流或管道系統(tǒng)70內(nèi)，以將干燥的烴和鹵化烴留存氣流排出組件22。
本發(fā)明提供一再循環(huán)裝置與第一排出裝置相通，以便將留存氣流的一部分在閉合流體回路中作為吹掃氣流進(jìn)行再循環(huán)。更具體地說，再循環(huán)裝置包括閥58和一導(dǎo)管72，導(dǎo)管72通過閥74與導(dǎo)管68及導(dǎo)管60相連。閥58有選擇地允許來自干燥空氣和導(dǎo)管56的干燥吹掃氣流或通過導(dǎo)管68、72來自干燥留存氣體出口34的氣流通過。一泵機(jī)構(gòu)76也可以使氣流從導(dǎo)管72中通過，增加氣體通過導(dǎo)管60以及薄膜40的芯孔44的效率。這樣，組件22就具有一濕氣流入口36和干燥氣流出口34。組件22包括一干燥吹掃氣流入口32和含水吹掃氣流入口30。在閥74的控制下，再循環(huán)裝置取一部分從干燥空氣排出口34排出的干燥空氣，閥74是眾所周知的已有技術(shù)。吹掃氣流的一部分通過導(dǎo)管72被導(dǎo)向閥58及導(dǎo)管60，以便提供一閉合吹掃氣流回路，用系統(tǒng)10產(chǎn)生的干燥氣體的一部分作為吹掃氣流。
本發(fā)明還提供了一種干燥濕氣流的方法，該方法通常包括如下步驟，即從流經(jīng)薄膜40的一側(cè)48的含水氣流中滲透吸收水份，在沿薄膜40的外表面的長(zhǎng)度方向上形成一干燥的留存氣流。滲透水?dāng)U散到中空纖維薄膜的第二側(cè)46，與此同時(shí)，中空纖維薄膜40不允許烴及鹵化烴的吸收和擴(kuò)散。來自干燥空氣源54的空氣在導(dǎo)管60中形成吹掃氣流，將滲透水從中空纖維薄膜40的第二側(cè)46除去。含有烴和鹵化烴的干燥留存氣流則通過出口34被排出。干燥留存氣流的一部分通過導(dǎo)管72進(jìn)而通過導(dǎo)管60作為吹掃氣流在閉合流體回路中進(jìn)行再循環(huán)。
在工藝操作過程中，吹掃氣流先利用空氣源54產(chǎn)生。一旦通過組件22產(chǎn)生了干燥氣流，可以調(diào)節(jié)閥74和58，使得一部分干燥氣流流經(jīng)導(dǎo)管72和60，并關(guān)閉來自導(dǎo)管60的干燥空氣54。這樣就不再需要外部空氣源作為吹掃氣流，系統(tǒng)的效率得以提高。由于干燥氣流可以通過系統(tǒng)作再循環(huán)并且可以再干燥，系統(tǒng)的效率沒有損失，因?yàn)榛厥諝怏w量沒有任何損失。
另一種方案，吹掃氣流可以從入口36到出口34在薄膜的外部流過，而濕氣體可以從入口32導(dǎo)向薄膜40的芯孔44，干燥氣體從出口30排出。換句話說，當(dāng)被吸收的水分向外運(yùn)動(dòng)到薄膜的外表面48時(shí)，濕氣流被導(dǎo)向薄膜40的芯孔44。吹掃氣流從薄膜的外表面48帶走水份。
本發(fā)明以圖示方式進(jìn)行了描述，技術(shù)術(shù)語的使用是為了便于理解，技術(shù)術(shù)語的詞義只是用于描述而不構(gòu)成限制。
顯然，在本發(fā)明的啟發(fā)下，可以對(duì)本發(fā)明作出種種修改和變化。所以，應(yīng)該理解，在附屬的權(quán)利要求的精神實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)-其中的編號(hào)只是為了方便而不能以任何方式對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制-本發(fā)明也可以用不同于上述以特定方式描述的其它方式實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于干燥含水烴氣流的設(shè)備10，該設(shè)備包括一中空纖維分離裝置，該裝置用于從流經(jīng)所述中空纖維分離裝置一側(cè)的含水氣流中滲透地吸收水份，形成一干燥的留存氣體，并將滲透水?dāng)U散到其第二側(cè)，與此同時(shí)不允許烴和鹵化烴的吸收和擴(kuò)散；一第一排出裝置形成一吹掃氣流，從中空纖維分離裝置的第二側(cè)將滲透水吹走(除去)；一第二排出裝置用來排出干燥的烴和鹵化烴留存氣流，所述設(shè)備的特征在于，所述的第二排出裝置包括一再循環(huán)裝置與第一排出裝置相連通，用于將留存氣流的一部分作為所述吹掃氣流在閉合流體回路中進(jìn)行再循環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步的特征在于，至少包括一個(gè)殼體，該殼體具有一含水氣流入口與所述中空纖維分離裝置的所述第一側(cè)相連通，一干燥留存氣流出口與所述同一側(cè)連通，一吹掃氣流入口與所述第二側(cè)連通，一含有滲透水的吹掃氣流出口與所述第二側(cè)相連通，所述第二排出裝置包括一干燥的吹掃氣流源和一與所述干燥氣流源及所述吹掃氣流入口連通的第一導(dǎo)管，所述再循環(huán)裝置包括閥裝置，該閥可接通所述第一導(dǎo)管和連通所述干燥留存氣流出口與所述閥裝置的第二導(dǎo)管，所述閥可以有選擇地允許來自所述干燥吹掃氣流源或干燥留存氣流出口的流體流通。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其進(jìn)一步的特征為，所述中空纖維分離裝置包括多根無孔自支持亞銅銨纖維素中空纖維，以纖維束的形式置于所述殼體中，每一纖維具有一包含在所述薄膜的所述一側(cè)內(nèi)的內(nèi)部芯孔和一形成所述薄膜的所述第二側(cè)的外表面，所述殼體具有一內(nèi)表面，在其內(nèi)表面與所述薄膜外表面之間形成一氣體流動(dòng)通道，所述含水氣流的入口及干燥留存氣體的出口基本上相對(duì)設(shè)置于所述流體流動(dòng)通道的兩端，所述吹掃氣流的入口與包含滲透水的吹掃氣流的所述出口基本上相對(duì)設(shè)置在所述內(nèi)部芯孔的兩端。
4.一種用于干燥含水氣流的方法，所述方法包括如下步驟從流經(jīng)至少一個(gè)中空纖維薄膜的一側(cè)的含水氣流中滲透地吸收水份，以形成一干燥的留存氣流，將滲透水?dāng)U散到中空纖維薄膜的第二側(cè)，與此同時(shí)不允許烴與鹵化烴的吸收和擴(kuò)散;形成一吹掃氣流，并從中空纖維薄膜的第二側(cè)除去滲透水;將含有烴及鹵化烴的干燥的留存氣流排出，所述方法的特征在于將干燥的留存氣流的一部分作為吹掃氣流在閉合流體回路中進(jìn)行再循環(huán)。
全文摘要
一種用于干燥含烴濕氣流的設(shè)備10，包括許多中空纖維薄膜40，用來從流經(jīng)薄膜一側(cè)48的濕氣流中滲透吸收水分，形成一干燥的留存氣體，并將滲透水?dāng)U散到其第二側(cè)46，與此同時(shí)不允許烴和鹵化烴的吸收和擴(kuò)散。滲透水從薄膜40的芯孔44中排除，干燥的烴及鹵化烴留存氣體從薄膜40的第二側(cè)48處排出。干燥的留存氣流的一部分作為吹掃氣流通過薄膜的芯孔44在閉合流體回路中作再循環(huán)。
文檔編號(hào)B01D53/26GK1049511SQ8910920
公開日1991年2月27日 申請(qǐng)日期1989年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月17日
發(fā)明者約翰·A·泰勒 申請(qǐng)人:分離動(dòng)力股份有限公司